[发明专利]一种利用生物燃料电池反应器产氢并发电转换的方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境与生物能源领域，特别是涉及一种利用生物燃料电池 (BFC)反应器处理固体或液体有机废弃物、将有机物转化为高附加值的氢 气燃料或转化为电能的方法。

背景技术

有机污染物的无害资源化处理，一直是世界各国面临的问题。口蹄疫、 疯牛病、禽流感已经使人们改变了传统的传统餐饮有机垃圾用于饲料的处理 方式，垃圾焚烧过程中产生的二噁英等有害气体，也使许多国家制定了慎用 该技术的严格法规，因此，人们日益感觉到开发绿色有机物处理资源化系统 的急迫性。为解决有机废水和废弃物无害化和资源化问题，全球普遍采用生 物堆肥技术将垃圾转变为肥料或进行填埋处置。随着世界石油燃料的日益短 缺和对温室气体排放危害的认识，氢燃烧由于热量高，不产生CO和CO₂仅 产生水的特点，而被日益关注。许多研究表明，有机物质制氢或发电有望可 持续性解决一些环境和能源问题，有机物生物产氢或发电是其卫生无害化和 资源化途径的重要选择之一。在环境污染控制过程中，利用微藻(Microalgae) 和梭菌(Clostridia)等微生物，进行光合与厌氧有机废弃物和废水中有机物 分解制氢气。生物燃料电池(Biofuel cell，缩写为BFC)可以利用液体或固 体有机污染物发电，是一种有效的生物电化学在污染控制方法。本发明将生 物产氢与BFC相结合，利用有机废弃物或废水中有机污染物为原料，以微 生物或酶为催化剂，利用生物-电化学过程进行污染物产氢与发电的转换， 解决了生物燃料电池在环境污染控制过程应用中的多功能化方便使用的问 题，更好地将有机污染物按照需转化为高附加值的氢气或电能。可以在环境 污染控制、污水发电、氢能源燃料、交通和农村使用。

发明内容

本发明的目的在于通过对生物燃料电池反应器处理有机生物废弃物或 废液的产氢/发电转换过程方法的建立，解决了生物燃料电池在环境污染控制 过程应用中的多功能化方便使用的问题，更好地将有机污染物按照需转化为 高附加值的氢气或电能。可以在环境污染控制、污水发电、氢能源燃料、 交通和农村使用。促进可持续生物质能源BFC的利用水平，增强生物质能 利用的竞争力，化解石油能源国家安全风险。

本发明的目的通过以下技术方案实现的：

一种利用生物燃料电池反应器产氢并发电转换的方法，该方法包括将固 体发酵和生物燃料电池相结合的过程，构建一体两段式固体发酵耦合离子膜 生物电池系统的一体化生物燃料电池反应器；该生物电池系统由上下两段构 成，或各自独立构成两个反应单元，进行固液分离、产氢或发电，有机废水 直接进入BFC中，有机固体通过进料口的切割粉碎装置将固体有机物粉碎 后进入发酵反应单元进行液化，液体经渗滤装置进入BFC单元，残渣排除 用作肥料；体系的温度控制在30-60℃，并对BFC反应器产氢并发电转换电 极过程的调控，将污染物转化为高附加值的氢气或电能。

所述的一种利用生物燃料电池反应器产氢并发电转换的方法，所述的生 物燃料电池反应器，在处理有机生物污染物时产氢或进行发电转换，质子 形成微生物或酶是进行有机污染物生物-电化学过程产氢与发电转换的关 键；质子形成微生物或酶的生物培养基配方为：COD 6～25g/L，尿素0.5～ 1.0g/L，磷酸盐0.1～0.2g/L，其它生长因子的比例为MgSO₄·7H₂O∶FeCl₃∶ NiSO₄∶CaCl₂∶Na₂BO₇·H₂O∶(NH₄)₆Mo₇O₂₄∶ZnCl₂∶CuCl₂·2H₂O∶ CoCl·6H₂O∶MnCl₂·4H₂O＝56∶9∶6∶9∶1∶3∶4∶4∶2∶2∶5的比例。

所述的一种利用生物燃料电池反应器产氢并发电转换的方法，在生物电 池系统中有机固体发酵菌系I将有机生物固体废弃物液化；有机固体发酵菌 系I选用酵母源微生物；质子形成菌系II利用热阻技术、80-110℃的操作温 度，和批次反应技术筛选，由低温、中温土著质子形成微生物组成；由产氢 /发电转换功能菌系II评估反应运行评价。